本發(fā)明涉及靜電霧化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靜電霧化液滴帶電量的檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

靜電霧化技術(shù)在靜電噴涂、噴墨印刷、液體燃料的霧化、電推進(jìn)、荷電水霧除塵、農(nóng)藥噴灑、電噴霧電離質(zhì)譜、水霧滅火、靜電紡絲等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在靜電霧化過(guò)程中，液滴帶電量直接影響到霧化液滴顆粒大小和液滴霧化效率，準(zhǔn)確測(cè)量液滴帶電量可為靜電霧化裝置的性能評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確且能夠滿(mǎn)足在線(xiàn)測(cè)量要求的靜電霧化液滴帶電量的檢測(cè)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)或不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種靜電霧化液滴帶電量的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，采用非接觸式測(cè)量方式，不破壞液滴本身的物理特性，能夠準(zhǔn)確地在線(xiàn)測(cè)量液滴帶電量。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明具有如下構(gòu)成：

一種靜電霧化感應(yīng)荷電液滴帶電量的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置包括儲(chǔ)液罐、水泵、噴嘴、一對(duì)呈平行布置的高壓電極、成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)，噴嘴依次與水泵和儲(chǔ)液罐相連通；噴嘴口位于一對(duì)高壓電極之間；成像系統(tǒng)位于高壓電極的一側(cè)，并與計(jì)算機(jī)相連接；噴嘴產(chǎn)生的液滴在高壓電極形成的高壓靜電場(chǎng)作用下感應(yīng)荷電，形成感應(yīng)荷電液滴；成像系統(tǒng)感記錄感應(yīng)荷電液滴離開(kāi)噴嘴后的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，并將該曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的圖片和視頻傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算出感應(yīng)荷電液滴的帶電量。

所述成像系統(tǒng)通過(guò)USB接口將其獲取的感應(yīng)荷電液滴曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的圖片和視頻傳輸至計(jì)算機(jī)。

所述成像系統(tǒng)由高速相機(jī)和用于支撐高速相機(jī)的相機(jī)支架組成。

所述高速相機(jī)的幀率在3000fps以上。

所述高速相機(jī)的鏡頭中心垂直于所述一對(duì)高壓電極所在平面。

所述噴嘴與水泵之間還設(shè)有用于控制液體流速的流量閥。

所述噴嘴通過(guò)水管與流量閥相連通。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用非接觸式測(cè)量方式，通過(guò)高速相機(jī)記錄感應(yīng)荷電液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡，不改變液體荷電狀態(tài)，利用運(yùn)動(dòng)方程和力學(xué)方程計(jì)算得出液滴帶電量，能夠得到準(zhǔn)確的在線(xiàn)測(cè)量結(jié)果；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖。

圖2是本發(fā)明中成像系統(tǒng)的組成示意圖。

圖3是本發(fā)明中感應(yīng)荷電液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。

圖4是本發(fā)明中感應(yīng)荷電液滴的受力分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，圖中相同的結(jié)構(gòu)和功能的器件已用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出，附圖只是用于幫助解釋本發(fā)明，并不代表本發(fā)明范圍的限制，同時(shí)，附圖并未按比例畫(huà)出。

如圖1和圖2所示，一種靜電霧化液滴帶電量檢測(cè)裝置，包括儲(chǔ)液罐1、水泵2、流量閥3、水管4、噴嘴5、一對(duì)高壓電極6、成像裝置7和計(jì)算機(jī)8。

所述噴嘴5用于形成液滴，依次經(jīng)水管4、流量閥3和水泵3，與儲(chǔ)液罐1相連通。

所述一對(duì)高壓電極6用于形成高壓靜電場(chǎng)，呈平行布置，噴嘴5設(shè)置于一對(duì)高壓電極6之間。噴嘴5產(chǎn)生的液滴在高壓電極6形成的高壓靜電場(chǎng)作用下感應(yīng)荷電，形成感應(yīng)荷電液滴；感應(yīng)荷電液滴離開(kāi)噴嘴5后，在重力、浮力和電場(chǎng)力的作用下作曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

所述成像系統(tǒng)7用于記錄感應(yīng)荷電液滴離開(kāi)噴嘴5后的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，并將該曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的圖片和視頻通過(guò)USB接口傳輸至計(jì)算機(jī)8。具體實(shí)施例中，成像系統(tǒng)7由高速相機(jī)71和相機(jī)支架72組成，見(jiàn)圖2；高速相機(jī)71的幀率在3000fps以上；成像系統(tǒng)7工作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)相機(jī)支架72，來(lái)確保高速相機(jī)71的鏡頭中心垂直于所述一對(duì)高壓電極6的所在平面。

所述計(jì)算機(jī)8通過(guò)感應(yīng)荷電液滴的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖片和視頻，計(jì)算其帶電量。如圖3、4所示，液滴在高壓電極6形成的高壓靜電場(chǎng)作用下感應(yīng)荷電，感應(yīng)荷電液滴在脫離噴嘴5后，受到重力、浮力和電場(chǎng)力的共同作用，作曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，高速相機(jī)71記錄下其運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)高速相機(jī)71獲取的感應(yīng)荷電液滴圖片，可以得到相鄰時(shí)刻感應(yīng)荷電液滴的位置9、10。根據(jù)液滴相鄰時(shí)刻的位置關(guān)系，可列出如下方程：

F_垂直＝F_E×cosθ+F_浮-mg

其中：F_浮＝ρ_空×V_水滴，V_水滴是液滴的體積，ρ_空表示空氣的密度，m＝ρ×V_水滴，g為重力常數(shù)，F(xiàn)_E＝Q_水滴×E，電場(chǎng)強(qiáng)度E可以通過(guò)不同的電場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行具體計(jì)算。

Q_水滴為隨時(shí)間t變化的量，用函數(shù)Q(t)表示，θ與d在高速攝像條件下可直接通過(guò)觀測(cè)得到。

所以，F(xiàn)_垂直＝Q(t)×E×cosθ+F_浮-mg

根據(jù)牛頓第二定律，有a＝F/m

在高速攝像狀態(tài)下，可將兩次曝光時(shí)間Δt內(nèi)的水滴位移(垂直方向)視為勻速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)S_n＝V_n×Δt可求得V₁、V₂......V_n。

V_n-V_n-1即為水滴在第n個(gè)時(shí)間單位內(nèi)的加速度a_n。

通過(guò)a_n與t的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可求得離散函數(shù)a(t)。

綜上可知，Q(t)＝{[a(t)+g]m-F_浮}/E×cosθ。

值得說(shuō)明的是，上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范同之外。